蒸發(fā)習(xí)題及答案

10蒸發(fā)習(xí)題及答案一.選擇題蒸發(fā)操作中，從溶液中汽化出來的蒸汽，常稱為〔 。B生蒸汽； B.二次蒸汽； C.額外蒸汽蒸發(fā)室內(nèi)溶液的沸點(diǎn)〔 〕二次蒸汽的溫度。B等于； B.高于； C.低于在蒸發(fā)操作中，假設(shè)使溶液在〔 〕下沸騰蒸發(fā)，可降低溶液沸點(diǎn)而增大蒸發(fā)器的有效溫度差。A減壓； B.常壓； C.加壓在單效蒸發(fā)中，從溶液中蒸發(fā)1kg水，通常都需要〔 〕1kg的加熱蒸汽。C等于； B.小于； C.不少于蒸發(fā)器的有效溫度差是指〔 。A加熱蒸汽溫度與溶液的沸點(diǎn)之差；B.加熱蒸汽與二次蒸汽溫度之差；C.溫度差損失提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強(qiáng)度的主要途徑是增大〔 。C傳熱溫度差； B.加熱蒸汽壓力；C.傳熱系數(shù)； D.傳熱面積；中心循環(huán)管式蒸發(fā)器屬于〔 〕蒸發(fā)器。A自然循環(huán)； B.強(qiáng)制循環(huán)； C.膜式蒸發(fā)熱敏性而不易于結(jié)晶的溶液時(shí)，宜承受〔 〕蒸發(fā)器。B列文式；B.膜式；C.外加熱式；D.標(biāo)準(zhǔn)式多效蒸發(fā)可以提高加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)程度，所以多效蒸發(fā)的操作費(fèi)用是隨效數(shù)的增加而〔 。A削減； B.增加； C.不變蒸發(fā)裝置中，效數(shù)越多，溫度差損失〔 。B越少； B.越大； C.不變承受多效蒸發(fā)的目的是為了提高〔 。B完成液的濃度；B.加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)程度；C.生產(chǎn)力氣多效蒸發(fā)中，蒸汽消耗量的削減是用增加〔 〕換取的。A傳熱面積； B.加熱蒸汽壓力； C.傳熱系數(shù)多效蒸發(fā)中，由于溫度差損失的影響，效數(shù)越多，溫度差損失越大，安排到每效的有效溫度差就〔 。A越??； B.越大； C.不變〔 〕加料的多效蒸發(fā)流程的缺點(diǎn)是料液粘度沿流淌方向逐效增大，致使A并流； B.逆流； C.平流對(duì)熱敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸發(fā)，宜承受〔 〕蒸發(fā)器。C中心循環(huán)管式； B.列文式； C.升膜式二.填空題蒸發(fā)是 濃縮溶液 的單元操作。為了保證蒸發(fā)操作能順當(dāng)進(jìn)展必需不斷的向溶液供給 熱能 并隨排解氣化出來的 溶劑蒸汽 。蒸發(fā)操作中，造成溫度差損失的緣由有：溶質(zhì)的存在使蒸氣壓下降，沸點(diǎn)上升,液柱靜壓強(qiáng)引起 ,管道流體阻力導(dǎo)致 。蒸發(fā)器的主體由 加熱室 和 蒸發(fā)室 組成。在蒸發(fā)操作中降低單位蒸氣消耗量的主要方法有承受多效蒸發(fā), 真空蒸發(fā)_, 加強(qiáng)設(shè)備保溫。蒸發(fā)操作按蒸發(fā)器內(nèi)壓力可分為：_加壓_,_常壓_,_真空_蒸發(fā)。蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣放出的熱量主要用于1〕二次蒸汽氣化所需的潛墊預(yù)熱原料液〔3〕補(bǔ)償蒸發(fā)器的熱損失。入后一效時(shí)有_自蒸發(fā)_。蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是指_單位傳熱面積上單位時(shí)間內(nèi)所蒸發(fā)的水重量。蒸發(fā)器的生產(chǎn)力氣是指_單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水重量_。單程型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液通過加熱室一次，_不作 循環(huán)流淌，且溶液沿加熱管呈_膜狀流淌，故又稱為_液膜式_蒸發(fā)器。降膜式蒸發(fā)器為了使液體在進(jìn)入加熱管后能有效的成膜，在每根管的頂部裝有_液體分布器_。自然循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)溶液的循環(huán)是由于溶液的_受熱程度不同，而引起的_密度差異所致。標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器內(nèi)溶液的循環(huán)路線是從中心循環(huán)管_下降_，而從其它加熱管_上升，其循環(huán)的緣由主要是由于溶液的_受熱程度_不同，而引起的_密度差異_所致。三.計(jì)算題1、在單效蒸發(fā)器內(nèi)，將10%NaOH水溶液濃縮到25%，分別室確定壓強(qiáng)為15kPa，求溶液的沸點(diǎn)和溶質(zhì)引起的沸點(diǎn)上升值。解：查附錄：15kPa53.52370kJ/kg(1)5，25%NaOH113℃所以，Δa=113-100=13℃f0.0162

T2r

0.0162

53.527322370

0.729所以沸點(diǎn)上升值為Δ=fΔa=×13=9.5℃操作條件下的沸點(diǎn)：t=+=63℃(2)用杜林直線求解15kPa時(shí)，純水的飽和溫度為53.5℃，由該值和濃度255-7，此條件65℃因此，用杜林直線計(jì)算溶液沸點(diǎn)上升值為Δ==9.5℃2、在單效蒸發(fā)器中用飽和水蒸氣加熱濃縮溶液，加熱蒸氣的用量為2100kg?h-1，加熱水蒸氣的溫度為12o2205k?kg-18o由于溶質(zhì)和液柱引起的沸點(diǎn)上升值為9oC，飽和蒸氣冷凝的傳熱膜系數(shù)為8000W?m-2k-1，3500W?m-2k-1。求蒸發(fā)器的傳熱面積。無視換熱器管壁和污垢層熱阻，蒸發(fā)器的熱損失無視不計(jì)。解：熱負(fù)荷Q=2100×2205×103/3600=×106W溶液溫度計(jì)t=81+9=90℃蒸汽溫度T=120℃∵1/K=1/h+1/h=1/8000+1/35001 2∴K=2435W/m2K∴S=Q/[K(T-t)]=×106/[2435×(120-90)]=17.6m23、某效蒸發(fā)器每小時(shí)將1000kg25%〔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同〕NaOH50120oC，60oC，溶質(zhì)和45oC，蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1000W?m-2k-1。溶液被預(yù)熱2205kJ?kg-1。求：蒸發(fā)器的傳熱面積和加熱蒸氣消耗量。解：蒸發(fā)水份量:q=q(1-x/x)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/smW mF 0 1加熱蒸汽消耗量:q c (tq mF p0 1mD

t)q r0 mWR∵t=t1 0q ∴mD

q rmwR =0.139kg/s傳熱面積:∵Q=KS(T-t) 蒸發(fā)器中溶液的沸點(diǎn)溫度：t=60+45=105℃Q 0.1392205103∴t∴

20.4m248NaOH184540kg21oC，2349W?m-2k-1，蒸發(fā)器內(nèi)的壓強(qiáng)為，加熱蒸汽溫度為110oC，求理論上需要加熱蒸氣量和蒸發(fā)器的傳熱面積。：8%NaOH88oC，88oC?kg-1。8%NaOH?kg-1oC-1，110oC?kg-1。解：q=4540(1－8/18)=2522kJ/hmwt=T－t=－88=21.2℃?zhèn)鳠崴俾剩篞=qC(t－t)+qr＇mF po 1 0 mw=4540/3600××103×(88－21)+2522/3600××103=1936×103WQ 1936103S 38.9m2Kt 234921.2q=Q/r＇=1936×103/×103)=0.87kg/s=3130kg/hmD5、在一中心循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)將濃度為10%〔質(zhì)量百分率，下同〕的NaOH4040kPa75oC。在操作壓強(qiáng)下蒸發(fā)純80oC。求溶液的沸點(diǎn)和由于溶液的靜壓強(qiáng)引起的溫度上升的值。10%40%NaOH濃度〔%〕濃度〔%〕1040斜率截距40%NaOHt＝３４+1＝３４+×80＝１２２.８℃由溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失：t Tw＝80-75＝5℃61t?h-110%，第一效和其次效完成液濃1530108oC95oC。當(dāng)溶液從第一效進(jìn)入其次效由于溫度降產(chǎn)生自蒸發(fā)，求自蒸發(fā)量和自蒸發(fā)量占其次效總蒸發(fā)量的百分?jǐn)?shù)。解：qw1qw1qw2q=1000kmFg/h1908?C5?C12 x 0.1q q

1010001 333.3kg/h

mF x1

0.15 x 0.15q (q

q )1 1(1000333.3)1 333.4kg/hmw2

mF mw1 x2

0.3自蒸發(fā)水重量為:qq

q

c (tp1 1

t)2mw

r2其中t=108?C，t=95?C，1x<20%，近似地c

2=c〔1-x〕==(kg?C)195?Cr

p1 pw 1=kg2所以自蒸發(fā)量為qq

qmw1

c (tp1

t)2

13.59kg/hmwq

r2自蒸發(fā)量占其次效總蒸發(fā)量的百分?jǐn)?shù)為13.59

2270.9mwqmw2

100% 100%40.8%333.4754090oC120oC的飽和水蒸氣加熱。末效二次蒸氣的溫度為40oC。各效的傳熱面積均為140m2。各效的K=2950W?m-2?oC-1,K=2670W?m-2?oC-1,K=2900W?m-2?oC-1。1 2 1熱蒸氣消耗量。解：〔1〕初步估算各效的溫差Δt=19?C1Δt=21?C2Δt=40?C3由于無視各種溫差損失，故各效的加熱蒸汽溫度及沸點(diǎn)為T=120?C r=2205kJ/kg1 1T=t=T-Δt=120-19=101?C

=2257kJ/kg2 1 1 1 2 1T=t=T-Δt=101-21=80?C

=2307kJ/kg3 2 2 2 3 2T=t=40?C r?=2401kJ/kgK 3 3總蒸發(fā)量

0.05q q 1 mw mF x

q mF

0.4

0.875qmF 2估算各效蒸發(fā)量及料液量由于各效溶液的比熱熔均一樣，故Q K1

St1

qmw1

rq c (tmF p

t)0

〔a〕Q K2

St2

q2

r(q

q )c (tmw1 p

t)1

(b)Q K3

St3

qmw3

r(q

qmw1

q )c (tmw2 p

t)2

(c)代入值29503600140192257q1000

qmw1

4.2(10190)26703600140212307q1000

mw2

(qwF

qmw1

)4.2(80101)13603600140402401q1000解得：

mw3

(qwF

qmw1

qmw2

)4.2(4080)q 61150048.85qmF

mw1 〔d〕(e)q 356281.906q(e)mw2 mw1(f)q 51713.53.35q(f)mw3 mw1q q q q q (35628mw mw1 mw2 mw3 mw1(g)q 0.875q 0.875(61150048.85qmw mF(h)因此，可解出q=43180kg/hmFq=11634kg/hqq

=13454kg/h=12740kg/hQ q1

mw1

rq c(t1 mF p

驗(yàn)算Δtt)116342257431804.2(10190)28252850kJ/h0Q q2Q q

rr

q rmw12q r

11634225726257940kJ/h13454230731038380kJ/h3 mD33 mw231Q 282528501K 2950360011000

2660Q2K2

26257940267036001000

27323Q 310383803K 1360360031000

6340 Q26602732634011732K TT1 K

1204080?Ct1

Q11K t26608018.111Q 11732K ?CQ2t2

K t27328018.632Q 117322K ?Ct3

Q33K t63408043.33Q 11732K ?C各效溫差與初估溫差相差較大，應(yīng)重安排〔a〕安排ΔtΔt=20?C1Δt=20?C2Δt=40?C3〔b〕估算各效沸點(diǎn)及相應(yīng)的汽化熱T=t=T-Δt=120-20=100?C

=2258kJ/kg2 1 1 1 2 1T=t=T-Δt=100-20=80?C

=kg3 2 2 2 3 2?T=40?C ?K計(jì)算總蒸發(fā)量按式a〔b〕及式〕代入值

=2401kJ/kg329503600140202258q1000

qmw1

90)26703600140202307.8q1000

mw2

(qwF

q

)4.2(80100)140402401q1000解得：q 70800053.7qmF mw1q 374321.994qmw2 mw1q 58339.43.693qmw3 mw1

mw3

(qwF

q

qmw2

)4.2(4080) q q q q q (374321.9946q )(58339.43.693q )mw mw1 mw2 mw3 mw1 mw1 mw10.875q 0.875(70800053.77q )mF mw1因此，可解出qmw1qmw2qmw3

=12363kg/h=12780kg/h=12583kg/hq=43240kg/hmFQ q1

mw1

rq c(t1 mF p

驗(yàn)算Δtt)123632258.4432404.2(10080)29736680kJ/h0Q q2Q q

rr

q rmw12q r

123632258.4267920600kJ/h127802307.829693680kJ/h3 mD33 mw231Q 297366801K 2950360011000

2800Q2K2

27920600267036001000

29053Q 294936803K 1360360031000

6024 Q28002905602411729KQ11t K11 K

t28008019.111729?CQ22t K22 KQ 33t K33 QK

t29058019.811729?Ct60248041.111729?C與前面所設(shè)的Δt=20?C1Δt=20?C2Δt=40?C3很相近，故認(rèn)為該溫差分協(xié)作適，所以qmF=43240kg/hQq 1QmD r1

2973668013486kg/h22058、用雙效蒸發(fā)器，濃縮濃度為5%〔質(zhì)量分率〕的水溶液，沸點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量為2023kg?h-110%95oC75oC。蒸發(fā)器消800kg?h-12280kJ?kg-1。無視熱損失，求蒸發(fā)水量。解：第一效蒸發(fā)水量：：q=800kg/h,

=2280kJ/kg,mD1 1 1q=q=800kg/hmw1 mD1其次效蒸發(fā)水量：：q=q=800Kg/h,mD2 mw1q=q-q=2023-800=1200kg/hmF2 mF mw1=q

-q)=2023×(2023-800)=02 1

mF

mF mw1t=95?Ct=70?C r=r’=2280kJ/kg1C=C

(1-X

2 2 2)=×=(kg?C)poq r

pw 02\l“_TOC_250000“q c (tmF2 p0 2

t)q1

rmw22q q

qmF2cp0(t2

t)1

840kg/hmw2

mD2 r2

2280蒸發(fā)水量q=q+qmw mw1 mw2=800+840=1640kg/h.9NaOH104kg?h-1，求生蒸氣的消耗量和各效蒸發(fā)器的傳熱面積。參數(shù)如下：第一效：生蒸氣壓強(qiáng)：4atm進(jìn)料：濃度%；溫度，80oC；傳熱系數(shù)：K=1500W?m-2?oC-11其次效：傳熱系數(shù)：K=1000W?m-2?oC-12第三效：完成液濃度：30%傳熱系數(shù)：K=560W?m-2?oC-13末效冷凝器壓強(qiáng)：?kg-1C-1，〔設(shè)各效傳熱面積相等〕解：〔一〕總蒸發(fā)量 x

10.64 4q q 1mw mF

0 2.410x3

1

1.5510kg/h30〔二〕估算各效溶液濃度設(shè)各效水分蒸發(fā)量相等，故 q

1.55104q

q

q mw3

mw 5.17103kg/hn 3所以x qmFx0i q mF

mw1

mwi可得x 2.410410.6%0.13513.5%1 2.41045170同理可得x==%2x==30%3〔三〕估算各效溶液的沸點(diǎn)和有效溫度差1、蒸汽壓力按等壓安排原則，各效壓降為p(41)0.21.63 atm12123二次蒸汽壓力，atm二次蒸汽溫度，?C二次蒸汽焓，kJ/kg二次蒸汽潛熱，kJ/kg2734270326052157221623562、計(jì)算各效溫度損失，求有效溫差和各效溶液的沸點(diǎn)5-7tA143?C、127?C、78?C，因此可求取各效由于溶液蒸汽壓降低所引起的溫差?Δ ==?C?1?Δ ==?C?2?Δ ==?C?3∑Δ?=++=?C取各效由于液柱高度引起的溫差分別為Δ1?C1Δ″=2?C2Δ″=5?C3∑Δ″=8?C1?C，因此∑Δ″?=3?C因此三效的總溫差損失為∑Δ=∑Δ?+∑Δ″+∑Δ″?=+8+3=?C4atm的生蒸汽的飽和溫度為T?Cr=2115kJ/kg1 1總的傳熱溫差為Δt=T-TT 1 k∑Δt=ΔtT

-∑Δ=各效的沸點(diǎn)計(jì)算于下t=143+1=144?C1t=127+2=129?C2t=78+5+1=84?C3(四)生蒸汽消耗量和各效水分蒸發(fā)量以所求得各效溶液的沸點(diǎn)作為初值，求各效的自蒸發(fā)系數(shù)1 t0t11 H

80144 0.030127344.1871441 p1簡(jiǎn)化計(jì)算。

分母可以用二次蒸汽汽化潛熱同理可求得β=，β2 3由于系數(shù)ηiη=〔〕=1同理可求得η=2η=3由式〔5-19a〕 r (t t )qm,wi

q

m,Di

i(qri

cm,F

q cm,w1

q cm,w2

q

cm,wi1

) i r ir i無視蒸汽汽化潛熱的差異，代入量

t q q q c

0 1 q 2.41043.77(0.0301)0.962mw1

mD1

mF p0 1

1

mD1所以〔a〕q 0.962q 2620〔a〕mw1 mD1qmw2

q

mw1

q cmF

q cmw1

t t 21r222 qmw1(2.41043.774.187qmw1)(0.00965)0.946所以qmw20.9185qmw1595 〔b〕qmw3

q

mw2

q cmF

q cmw1

q cmw2

t t32r333 q (2.41043.774.187q 4.187q )(0.02)0.896mw2 mw1 mw2〔c〕q 0.821q 16210.075q〔c〕mw3 mw2 mw1由總蒸發(fā)量與各效蒸發(fā)量之間的關(guān)系〔d〕q q q q 15500〔d〕mw mw1 mw2 mw3聯(lián)合求解式a、(b(c(d生蒸汽消耗量q=7840kg/hmD1各效蒸發(fā)量分別為q=4920kg/hmw1q=5125kg/hmw2q=5485kg/hmw3(五)各效傳熱量及溫差計(jì)算不取額外蒸汽q=q

=4920kg/h, q=q

=5125kg/hmD2

mw1

mD3

mw2因此各效的傳熱量為Q=qr=7840×2115=×107W1 mD1 1同理可求得Q=×106W2